礦物吸附劑對燃煤煙氣中汞的脫除機制的研究.pdf

1、煤炭作為我國的主要能源這一現(xiàn)狀在很長一段時間內(nèi)難以改變,大量的煤炭消耗帶來了嚴重的環(huán)境問題。汞因為具備揮發(fā)性、持久性和生物積累性,被認為是一種全球性的污染物,近年來受到極大的關注。我國是世界上汞排放量最大的國家之一,而燃煤電廠是大氣中汞的主要排放源之一,因此必須對其進行控制。吸附劑噴入法是一種極具應用前景的脫汞技術,其能夠有效利用現(xiàn)有的除塵設備實現(xiàn)煙氣中汞的脫除。然而現(xiàn)有的活性炭類吸附劑在應用過程中存在兩個主要問題:其一是活性炭價格較高

2、導致燃煤電廠脫汞成本太高;其二是活性炭的噴入會增加飛灰中的碳含量,從而影響到飛灰在水泥工業(yè)中的應用,由此不僅會造成資源的浪費還會導致新的環(huán)境問題。因此研究和開發(fā)新型的低成本高效率的汞吸附劑具有重要意義。本文利用廉價的天然礦物材料作為活性炭的替代品,合成制備出了一系列的汞吸附劑,并對其脫汞性能進行了綜合評價,深入探討了礦物吸附劑的脫汞機理。
　　首先選取了凹凸棒石、膨潤土、絲光沸石和蛭石四種天然的硅酸鹽礦物作為天然吸附劑,利用熱活化

3、法對吸附劑進行了活化處理,采用N2吸附-脫附、X-射線衍射(XRD)和X-射線熒光探針(XRF)等方法對吸附劑進行表征,在模擬煙氣條件(N2、O2和CO2)下,利用VM3000測汞儀在固定床實驗臺架上對吸附劑的脫汞效果進行了測試。結果表明,熱活化并未增強吸附劑的脫汞能力,而升高溫度有利于吸附劑對Hg0的脫除。四種天然吸附劑中膨潤土的脫汞效果最好,而蛭石的脫汞效果最差,天然礦物吸附劑對汞的脫除主要基于化學吸附機理。消解實驗結果顯示絲光沸石

4、和凹凸棒石能夠氧化Hg0,其原因與吸附劑中的鈦元素有關。
　　在對四種天然硅酸鹽礦物脫汞能力的研究基礎上,選取了凹凸棒石、膨潤土和絲光沸石三種天然礦物作為吸附劑材料,選用了單質硫、交聯(lián)硫化鈉、巰基乙酸鈣、二巰基吡啶、二巰基吡啶 N氧化物、3-巰丙基-三甲氧基硅烷、半胱氨酸、胱氨酸、氯化銅、氯酸鈉、溴化鉀和碘化鉀等各種試劑作為改性劑,制備出了一系列的化學改性吸附劑,并同時制備了Al柱撐蒙脫石吸附劑。研究結果表明,不同的吸附劑材料對改

5、性劑的負載量不同,絲光沸石對有機改性劑的負載量最小,而層狀結構有利于負載有機改性劑;單質硫改性吸附劑的脫汞效果要優(yōu)于有機硫改性吸附劑,溫度從70℃升高到120℃有利于吸附劑對汞的脫除;有機螯合改性吸附劑能夠有效脫除Hg0,而單一的巰基基團并不能有效吸附Hg0;絲光沸石對氯化銅的負載能力較差,導致其改性后脫汞效果要弱于膨潤土和凹凸棒石;在120℃時氯酸鈉改性凹凸棒石表現(xiàn)出超過90％的汞脫除率,天然凹凸棒石中的鐵氧化物能夠消弱氯酸鈉中的Cl

6、-O鍵從而促進其對汞的氧化;碘化鉀改性吸附劑在干燥過程中會因碘化鉀的分解而產(chǎn)生單質I2,從而有效促進吸附劑對Hg0的脫除;三種天然礦物吸附劑對溴化鉀的負載能力較差,導致溴化鉀改性吸附劑無法有效脫除Hg0;Al柱撐蒙脫石極大改善了蒙脫石的物理特性,其比表面積由原來的61 m2/g增加到了209 m2/g,但脫汞效果并不明顯;總體看來,平均汞脫除率在80％以上的吸附劑有:硫改性膨潤土(S-Ben)、氯化銅改性凹凸棒石(Cu-Atp)、氯化銅

7、改性膨潤土(Cu-Ben)、氯酸鈉改性凹凸棒石(Cl-Atp)和三種碘化鉀改性吸附劑(I-Atp、I-Ben和I-Mor)。
　　通過對比分析,選取了Cu-Atp作為最合適的汞吸附劑,結合VM3000測汞儀和安大略法兩種測汞方式,在N2氣氛下利用固定床實驗臺架對影響吸附劑脫汞效果的各因素進行了研究,發(fā)現(xiàn)SO2和H2O會略微抑制吸附劑對汞的脫除,NO則并無明顯影響,不同形態(tài)的銅化合物及溶劑均會影響吸附劑的脫汞效果,在150℃下加熱會